Каталог :: Экология

Реферат: Экология. Атмосферный воздух и его охрана

РЕФЕРАТ
По теме:
Экология. Атмосферный воздух и его охрана.
     
                                                                  Предмет: Химия
                                                              Ученики 10 класса:
                                                                          Пак А.
                                                                    Абуашвили М.
Санкт-Петербург
2000
Оглавление
     I. Загрязнение атмосферного воздуха выбросами автомобильного
транспорта...........3
1. Фототоксический туман..............................3
2. Влияние отработанных газов на окружающую среду и здоровье населения.........4
     II. Мероприятия по борьбе с выбросами автотранспорта...................4
1. Оценка автомобилей по токсичности выхлопов.....................4
2. Системы управления городским транспортом.....................5
3. Совершенствование двигателей внутреннего сгорания..................6
4. Нейтрализаторы..................................6
5. Газ вместо бензина................................7
6. Электромобиль...................................7
     III. Загрязнения атмосферного воздуха промышленными выбросами..............8
1. Черная металлургия..................................8
2. Цветная металлургия................................8
3. Влияние атмосферных загрязнений на окружающую среду и здоровье
населения.........8
     IV. Защита атмосферного воздуха от загрязнения.......................9
1. Очистка выбросов в атмосферу............................11
2. Безотходное производство..............................11
3. Санитарно-защитные зоны.............................13
4. Перевод отопительных систем на газ........................13
5. Эффективное сжигание топлива..........................14
6. Выброс через высокие трубы.............................14
     V. Контроль за уровнем загрязнения атмосферы.......................15
     
ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ВЫБРОСАМИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА Автомобиль—этот «символ» XX в. в индустриальных стра­нах Запада, где слабо развит общественный транспорт, все чаще становится настоящим бедствием. Десятки миллионов личных автомашин заполнили улицы городов и автострады, то и дело возникают многокилометровые «пробки», без толку сжигается до­рогостоящее горючее, воздух отравляется ядовитыми выхлопны­ми газами. Во многих городах они превышают суммарные выбросы в атмосферу промышленных предприятий. Суммарная мощность автомобильных двигателей в СССР зна­чительно превышает установленную мощность всех тепловых электростанций страны. Соответственно и горючего автомобили «съедают» гораздо больше, чем тепловые электростанции и если удастся повысить экономичность автомобильных двигателей хотя бы немного, это обернется миллионной экономией. Автомобильные выхлопные газы — смесь примерно 200 ве­ществ. В них содержатся углеводороды—не сгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива, доля которых резко возрастает, если двигатель работает на малых оборотах или в мо­мент увеличения скорости на старте, т. е. во время заторов и у красного сигнала светофора. Именно в этот момент, когда нажи­мают на акселератор, выделяется больше всего несгоревших ча­стиц: примерно в 10 раз больше, чем при работе двигателя в нор­мальном режиме. К несгоревшим газам относят и обычную окись углерода, обра­зующуюся в том или ином количестве повсюду, где что-то сжига­ют. В выхлопных газах двигателя, работающего на нормальном бензине и при нормальном режиме, содержится в среднем 2,7% оксида углерода. При снижении скорости эта доля увеличивается до 3,9%, а на малом ходу—до 6,9%. Оксид углерода, углекислый газ и большинство других газо­вых выделений двигателей тяжелее воздуха, поэтому все они скап­ливаются у земли, Оксид углерода соединяется с гемоглобином крови и мешает ему нести кислород в ткани организма. В выхлопных газах содержатся также альдегиды, обладающие резким запахом и раздражающим действием. К ним относятся акролеины и формальдегид; последний обладает особенно сильным действием. В автомобильных выбросах содержатся также оксиды азота. Двуокись азота играет большую роль в образовании про­дуктов превращения углеводородов в атмосферном воздухе. В вы­хлопных газах присутствуют неразложившиеся углеводорода топлива. Среди них особое место занимают непредельные угле­водороды этиленового ряда, в частности гексен и пентен. Из-за неполного сгорания топлива в двигателе автомашины часть углеводородов превращается в сажу, содержащую смоли­стые вещества. Особенно много сажи и смол образуется при тех­нической неисправности мотора и в моменты, когда водитель, форсируя работу двигателя, уменьшает соотношение воздуха и горю­чего, стремясь получить так называемую «богатую смесь». В этих случаях за машиной тянется видимый хвост дыма, который со­держит полициклические углеводороды и, в частности, бенз(а)-пирен. В 1 л бензина может содержаться около 1 г тетраэтилсвинца, который разрушается и выбрасывается в виде соединений свин­ца. В выбросах дизельного транспорта свинец отсутствует. Тетра-этилсвинец используют в США с 1923 г. в качестве добавки к бензину. С этого времени выброс свинца в окружающую среду непрерывно возрастает. Годовое потребление свинца для бензина на душу населения составляет в США около 800 г. Близкое к токсическому уровню содержание свинца в организме наблюда­лось у дорожных полицейских и у тех, кто постоянно подвергает­ся воздействию выхлопных газов автомобилей. Исследованиями было, показано, что в организме голубей, живущих в Филадель­фии, содержится в 10 раз больше свинца, чем у голубей, живу­щих в сельской местности. Свинец—один из основных отравителей внешней среды; и поставляют его главным образом современ­ные двигатели с высокой степенью сжатия, выпускаемые автомо­бильной промышленностью. Противоречия, из которых «соткан» автомобиль, пожалуй, ни в чем не выявляется так резко, как в деле защиты природы. С одной стороны, он облегчил нам жизнь, с другой—отравляет ее. В самом прямом и печальном смысле. Один легковой автомобиль поглощает ежегодно из атмосфе­ры в среднем больше 4 т кислорода, выбрасывая с выхлопными газами примерно 800 кг окиси углерода, около 40 кг окислов азо­та и почти 200 кг различных углеводородов Фото токсический туман. В 30-х годах над Лос-Анджелесом (США) стал появляться смог в теплое время года, как правило, летом и ранней осенью, в жаркие дни. Лос-анжелесский смог представляет собой сухой туман с влажностью около 70%. Этот смог называют фотохимическим туманом, так как для его возникновения необходим солнечный свет, вызывающий сложные фото­химические превращения в смеси углеводородов и окислов азота автомобильных выбросов. В фотохимическом тумане лос-анжелесского типа в ходе фо­тохимических реакций образуются новые вещества, значительно превышающие по своей токсичности исходные атмосферные за­грязнения. Фотохимический туман считается наиболее опасным для здоровья, так как он содержит очень ядовитые компоненты,/ Во многих точках Лос-Анджелеса степень накопления загрязняю­щих веществ измеряют с помощью непрерывно действующих ав­томатических устройств. Если загрязненность превысила установ­ленный предел, то звучат сирены, при этом водители должны остановить автомобили, выключить двигатели и подождать, пока не будет дан сигнал, разрешающий продолжать путь (т. е. когда автоматические устройства определят, что загрязненность умень­шилась) . В районе Лос-Анджелеса особый климат—как в огромной колбе. С трех сторон залив окружают горы, а с четвертой сторо­ны идет воздушный поток, который нагревается под действием солнечного тепла и устремляется ввысь. Верхнюю часть этой кол­бы закрывает низкий 'инверсионный слой, он проходит на уровне 200—250 м. В этой гигантской колбе смешивается дым от 4 млн. автомобилей, находящихся в районе Лос-Анджелеса. Количество выбрасываемых загрязняющих веществ ежедневно составляет 10—12 тыс. т. В утренние часы «пик» накапливается большое количество дыма от автомобилей, направляющихся в город. На солнцепеке из выхлопных газов автомобилей выделяются вещества, которые вызывают раздражение слизистой оболочки глаз. Перед полуднем образуется фотохимический туман. Вскоре после полудня под действием усиливающегося нагрева инверсия ослабляется, смог поднимается вверх. Влияние вечерних часов «пик» уже едва заметно. В Советском Союзе явлений, подобно фотохимическому туману, не наблюдалось, однако условия для его образования могут возникнуть. Влияние отработанных газов на окружающую среду и здо­ровье населения. Загрязненный отработавшими газами воздух угнетает и уничтожает растительность. В США связанные с этим убытки оцениваются в 500 млн. долларов в год. Характерно, что в Лос-Анджелесе уничтоженные отработавшими газами зеленые насаждения заменяются пластмассовыми муляжами. За послед­ние 10 лет зеленая зона Токио сократилась на 12%. Не менее разителен вред, наносимый отработавшими газами зданиям и со­оружениям: металлические кровли в городах служат в 3 раза меньше, чем в деревнях. Античная конная статуя римского императора Марка Авре­лия, которая более четырех веков украшала знаменитую площадь на Капитолийском холме, построенную по проекту Микеланджело, «переехала» в реставрационные мастерские в 1981 г. Дело в том, что эта статуя работы неизвестного мастера, возраст ко­торой составляет почти 1800 лет, «тяжело больна». Высокий уро­вень загрязнения атмосферы, выхлопные газы автомобилей, а также палящие лучи солнца, и дожди нанесли огромный ущерб бронзовой статуе императора. Римляне и многочисленные тури­сты, возможно, смогут любоваться только копией статуи. Для снижения материального ущерба металлы, чувствитель­ные к автомобильным выбросам, заменяют на алюминий; на со­оружения наносят специальные газоустойчивые растворы и кра­ски. Многие ученые видят а развитии автотранспорта и во все большем загрязнении воздуха крупных городов автомобильными газами главную причину увеличения заболевания легких. Столица Испании Мадрид находится в числе городов мира с самым опасным загрязнением атмосферы. Загрязнение воздуха выхлопными газами автотранспорта непрерывно' увеличивается. В ряде районов оно достигло предельного уровня и стало опас­ным для жизни. Наиболее загрязненными городами Италии являются Милан, Венеция, Рим, Неаполь и Триест. По мнению специалистов, глав­ный источник загрязнения — автомобили. Отравление воздуха вы­хлопными газами автомобилей в австрийских городах принимает угрожающие масштабы. В Вене за год в атмосферу выбрасыва­ется 200 т свинца. Из опубликованного доклада ученых следует, что высокая степень загрязнения воздуха отмечается даже в тех районах Вены, где автомобилей относительно немного. Медицинский анализ показал, что содержание свинца в крови жителей австрийской столицы уже превышает установленные нормы. В политической, декларации, принятой Брюссельской конфе­ренцией коммунистические и рабочих партий Европы, отмечается, что крупный капитал не способен полностью решить пробле­му окружающей среды. Опыт социалистического содружества подтверждает правиль­ность выводов революционного рабочего движения о том, что в условиях социализма проблемы окружающей среды решаются наиболее полно. Положение воздушных бассейнов в городах СССР выгодно отличается от многих зарубежных. Посещающие Москву гости неизменно отмечают чистоту городского воздуха.

МЕРОПРИЯТИЯ ПО БОРЬБЕ С ВЫБРОСАМИ АВТОТРАНСПОРТА

Оценка автомобилей по токсичности выхлопов. Большое зна­чение также имеет повседневный контроль, над автомашинами. Все автохозяйства обязаны следить за исправностью выпускаемых на линию машин. При хорошо работающем двигателе в выхлоп­ных газах окиси углерода должно содержаться не более допусти­мой нормы. Положением о Государственной автомобильной инспекции на нее возложен контроль за выполнением мероприятий по охране окружающей среды от вредного влияния автомототранспорта. ГОСТ под номером 17.2.03.77, введенный в нашей стране с 1 июля 1978 г., имеет символическое название «Охрана природы. Атмосфера». В подзаголовке конкретизируется: «Содержание окиси уг­лерода в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двига­телями. Нормы и метод определения». В принятом стандарте на токсичность предусмотрено дальней­шее ужесточение нормы, хотя они и сегодня в СССР жестче евро­пейских: по окиси углерода—на 35%, по углеводородам—на 12%, по окислам азота—на 21%. Советский автомобиль 1978 г. должен выбрасывать в атмосферу окиси углерода почти вдвое, а углеводородов на 21% меньше, чем машина выпуска 1975 г. С 1978 г. ограничен выброс окислов азота. В таких больших го­родах, как Москва, Киев, Алма-Ата, работают службы чистого воздуха. На дизельные автомобили имеется специальный ГОСТ «Авто­мобили с дизелями. Дымность отработавших газов». Интересной особенностью автомобильного ГОСТа является то обстоятельство, что он обращен к огромной массе водителей. Кроме норм, ГОСТ содержит методику, которая дает подробные рекомендации води­телю: как определить содержание окиси углерода в выхлопе, как отрегулировать двигатель. Отечественные стандарты предусматривают дальнейшее по­этапное ужесточение норм выброса токсичных веществ. Автомобили, выпускаемые в нашей стране, отвечают требова­ниям действующих стандартов. На заводах введены контроль и регулирование автомобилей по токсичности и дымности отрабо­тавших газов. В Советском Союзе созданы приборы, которые следят за тем, чтобы машины, выходящие в рейс, не превышали допустимых норм выбросов вредных газов. Так, в Смоленске выпускаются пе­реносные устройства «ГАИ-1» для измерения окиси углерода в выхлопных газах. Другие приборы измеряют окислы азота, угле­водорода. Создана аналитическая система, автоматически регист­рирующая одновременно основные транспортные выбросы. Смо­ленские приборостроители начали ее серийный выпуск. Системы управления городским транспортом. Разработаны но­вые системы регулирования уличного движения, которые сводят к минимуму возможность образования пробок, потому что, оста­навливаясь и потом набирая скорость, автомобиль выбрасывает в несколько раз больше вредных веществ, чем при равномерном движении. Расширяются улицы между проезжей частью дорог и жилыми домами. Построены автомагистрали в обход городов. Так, в Саратове построена автомагистраль в обход города. Дорога приняла весь поток транзитного транспорта, который раньше нескончаемой лентой тянулся по городским улицам. Резко снизилась интенсивность движения, уменьшился шум, чище стал воздух. Любые вопросы организации движения надо рассматривать с точки зрения не только обеспечения безопасности, но и умень­шения токсичности выхлопных газов. Почему, скажем, предельная скорость движения в городе установлена не 80 и не 50, а 60 км в час? Именно на эту скорость у легковых автомобилей прихо­дится минимум вредных выбросов. При резком же увеличении или уменьшении скорости движения выброс возрастает более чем вдвое. В столице проводится большая работа по улучшению органи­зации и безопасности движения транспорта, роль техники регу­лирования сегодня очень велика. Большое значение в регулировании движения приобретает при­вычный всем нам скромный светофор. Напряженный и все услож­няющийся ритм автомобильных потоков в столице регулируют около 800 светофоров. На 42 магистралях они работают по чет­кой, координированной системе, известной как «Зеленая волна». В Москве создана автоматизированная система управления до­рожным движением «Старт», которая принципиально отличается от более простых подобных систем, действующих в настоящее время в столице и во многих других городах Советского Союза. Благодаря совершенным техническим средствам, математическим методам и вычислительной технике она позволит оптимально управлять движением транспорта во всем городе и полностью освободит человека от обязанностей непосредственного регулиро­вания автомобильных потоков. В новом здании, которое подня­лось на Садово-Каретной улице столицы, расположился единый общегородской центр управления движением транспорта уникаль­ной телеавтоматической системы «Старт». За последнее десятилетие в Москве значительно возросли ко­личество автомобилей и интенсивность транспортных потоков на ее магистралях. Одновременно на них находится в движении от 350 до 450 тыс. автомобилей. Основные магистрали города, как Садовое кольцо, улица Горького и другие, уже давно работают на пределе своих пропускных возможностей. Системе «Старт» и предстоит решать задачи по организации движения, управлению потоками транспортных средств, равно­мерному распределению их по уличным артериям. С ее помощью можно будет оперативно анализировать изменяющиеся дорожные условия, выбирать оптимальный режим регулирования движения транспорта светофором. На первом этапе «Старт» внедряется в пределах Садового кольца. «Старт» — сложная и уникальная система, на данный мо­мент не имеющая аналогов в мире. Автоматизированное управле­ние движением в таких крупных городах, как Токио, Лондон или Вашингтон, осуществляется лишь в пределах района или одной магистрали, а не всего города, как это будет в Москве. Несом­ненно, «Старт» усилит пропускную способность столичных магистралей, снизит число дорожно- транспортных происшествий и не только повысит эффективность работы транспорта, но и, сократив задержки движения, благотворно повлияет на состояние воздуш­ного бассейна города. Таков «Старт» — пионер комплексного ре­шения проблемы автоматического управления дорожным движе­нием. «Старт» на 20—25% сократит задержки транспорта у пе­рекрестков, на 8—10% уменьшит количество дорожно-транспорт­ных происшествий, улучшит санитарное состояние городского воз­духа, увеличит скорость сообщения общественного транспорта, снизит уровень шумов. По мнению специалистов, перевод автотранспорта на дизель­ные двигатели уменьшит выброс в атмосферу вредных веществ. В выхлопе дизеля почти не содержится ядовитой окиси углерода, так как дизельное топливо сжигается в нем практически полно­стью. К тому же дизельное топливо свободно от тетраэтила свин­ца, присадки, которая используется для повышения октанового числа бензина, сжигаемого в современных карбюраторных двига­телях с высокой степенью сжигания. Дизель экономичнее карбюраторного двигателя на 20—30%. Более того, для производства 1 л дизельного топлива требуется в 2,5 раза меньше энергии, чем для производства того же количе­ства бензина. Получается, таким образом, как бы двойная эко­номия энергоресурсов. Именно этим объясняется быстрый рост числа автомобилей, работающих на дизельном топливе. В 1976 г. в США продано 25 тыс. легковых автомобилей с дизельными дви­гателями, а в 1980 г.—400 тыс. Намечено довести долю дизель­ных автомобилей в общем числе выпускаемых легковых автомоби­лей до 15—20%. Согласно прогнозам Агентства по охране окру­жающей среды США, к 1990 г. 25% всех продаваемых в стране легковых автомобилей будут иметь дизельные двигатели. Совершенствование двигателей внутреннего сгорания. Созда­ние автомобилей с учетом требований экологии—одна из серьез­ных задач, которые стоят сегодня перед конструкторами. Совершенствование процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, применение электронной системы зажи­гания приводит к уменьшению в выхлопе вредных веществ. Для экономии топлива создаются различные типы зажигания. Инженеры югославского объединения «Электронска индустрия» создали электронную систему со сроком службы 30 тыс. ч. Кроме прочего, она регулирует расход горючего. А одна из английских фирм использовала плазменный вариант, обеспечивающий легкое воспламенение бедной горючей смеси. Автомобиль, оборудован­ный такой системой, расходует всего 2 л на 100 км пробега. Разработаны и другие методы экономии. Французская фирма «Рено» экспериментирует с автомобильными газогенераторами. Сырьем для них служат древесина, солома, стебли кукурузы и другие растительные остатки. При сжигании полученного газа в смеси с дизельным топливом последнего нужно в 3—4 раза меньше. Чистота «дыхания» машины во многом зависит от карбюрато­ра. Около 75% этих приборов, устанавливаемых на отечествен­ных легковых автомобилях, производят в Димитровграде. Перед создателями карбюратора «Озон» стояла задача: до­биться более оптимальных смесей на различных режимах работы двигателя. Это значило сократить расход топлива, а следователь­но, снизить токсичность выхлопных газов. С 1979 г. все автомобили, сходящие с ВАЗа, оснащаются кар­бюраторами «Озон». Такие карбюраторы обеспечивают действую­щие и перспективные нормы токсичности выхлопных газов и дают 10—15% экономии топлива по ездовому циклу. Производственное объединение «ГАЗ» (Горьковский автоза­вод) выпускает новую модель легковых автомобилей «Волга» ГАЗ-3102. Эта машина элегантнее, комфортабельнее и мощнее своей предшественницы, но главное в том, что у нее двигатель с принципиально новой системой воспламенения рабочей смеси. Эта система — форкамерное зажигание — разработана советскими специалистами на основе явления высокой химической активно­сти продуктов неполного сгорания богатой углеводородами смеси. Новый способ зажигания называется процессом лавинной ак­тивизации горения или сокращенно ЛАГ-процессом. Суть его в том, что в основную камеру сгорания бензино-воздушной смеси выбрасывается из вспомогательной форкамеры факел химически активных продуктов неполного сгорания этой смеси. Форкамерный двигатель при высокой своей мощности обе­спечивает высокую экономичность в потреблении топлива и ис­ключительно низкую токсичность отработавших газов. Нейтрализаторы. Большое внимание придается разработке устройства снижения токсичности—нейтрализаторов, которыми можно оснастить современные автомобили. Способ каталитического преобразования продуктов сгорания заключается в том, что отработавшие газы очищаются, вступая в контакт с катализатором. Одновременно происходит дожигание продуктов неполного сгорания, содержащихся в выхлопе автомо­билей. Катализатором служат либо гранулы размером от 2 до 5 мм, на поверхности которых нанесен активный слой с добавками бла­городных металлов—платины, палладия и т. п., либо керамиче­ский блок сотового типа с подобной активной поверхностью. Кон­струкция нейтрализатора весьма проста. В металлическую обо­лочку с патрубками для подвода и отвода газа заключена реак­торная камера, которая заполняется гранулами или керамическим блоком. Нейтрализатор крепят к выхлопной трубе, и газы, про­шедшие через него, выбрасываются в атмосферу очищенными. Одновременно устройство может выполнять функции глушителя шума. В СССР налажено производство нейтрализатора для дизель­ных двигателей. В 1979 г. на городские трассы вышли первые «Волги», оборудованные необычной «ловушкой для дыма» — ка­талитическими нейтрализаторами, которые резко снижают токсич­ность выхлопных газов автомобиля. Эффект от использования ней­трализаторов достигается внушительный: при оптимальном режи­ме выброс в атмосферу оксида углерода уменьшается на 70—80%, а углеводородов—на 50—70%. Большое количество машин в Москве работает с нейтрализа­торами, позволяющими очищать отработанные газы автомобилей от окиси углерода и углеводорода. Специалистами Научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института разработано устройство, которое значи­тельно снижает содержание токсичных веществ в выхлопных га­зах,— «Каскад». В условиях городского движения «Каскад» обе­спечивает снижение расхода топлива на 4—7% и уменьшает вы­брос окиси углерода на 20—40%. «Каскад» может быть уста­новлен как на находящихся в эксплуатации автомобилях, так и на вновь выпускаемых. Самый важный показатель качества автомобильного бензи­на—детонационная стойкость. Для повышения октанового числа в топливо вводят добавки. Самый простой метод повышения де­тонационной стойкости—добавление тетраэтилсвинца. В большин­стве стран уже приняты или - разрабатываются законодательные меры, ограничивающие и дозы этилирования, и объем потребле­ния этилированных бензинов. В СССР применение этилированных бензинов запрещено в Москве, Ленинграде, Киеве и в некоторых курортных центрах. Ограничена и величина добавки тетраэтил­свинца. Перед учеными и инженерами возникла задача — погасить де­тонацию иными способами. Это можно сделать, скажем, обеднив топливно-воздушную смесь, но тогда на полных мощностях дви­гатель работал плохо. Добавляли к бензовоздушным смесям во­дород—получалось неплохо. Но пока широкое применение водо­рода требует большой подготовительной работы. Оставался один путь—найти иные, менее токсичные антидетонаторы. В поисках их ученые опробовали почти все элементы таблицы Менделеева и вынуждены были признать, что немногие из них могут быть ис­пользованы для этих целей. По многим причинам в числе основ­ных претендентов оказались соединения марганца. В нашей стране работы, связанные с созданием антидетонато­ров на основе элементоорганических соединений марганца (ЦТМ), ведутся под руководством академика А. Н. Несмеянова. Уже выполнен обширный комплекс моторных и эксплуатационных ис­пытаний, а общий пробег автомобилей различных марок на топливах с присадками ТЦМ составил около 30 млн. км. Оказалось, что бензин с этими присадками обеспечивает нормальную экс­плуатацию автомобилей в диапазоне пробега 60—100 тыс. км. Каталитические нейтрализаторы отработавших газов при этом работают безотказно. А токсичность выхода остается на уровне обычных бензинов. Значительно улучшить состав выхлопных газов можно с по­мощью различных добавок к топливу. Ученые разработали при­садку, которая снижает содержание сажи в выхлопных газах на 60—90% и канцерогенных веществ—на 40%. В последнее время на нефтеперерабатывающих предприятиях страны широко внедряется процесс каталитического риформинга низкооктановых бензинов. Отличие данной установки от действую­щих на других заводах заключается в том, что она позволяет эф­фективнее облагораживать горючее. В результате можно выпу­скать неэтилированные, малотоксичные бензины. Поэтому они считаются относительно чистыми. Использование их снижает за­грязненность атмосферного воздуха, увеличивает срок службы автомобильных двигателей, сокращает расход топлива. Газ вместо бензина. Высокооктановое, стабильное по составу газовое топливо хорошо смешивается с воздухом и равномерно распределяется по цилиндрам двигателя, способствуя более пол­ному сгоранию рабочей смеси. Суммарный выброс токсичных веществ у автомобилей, работающих на сжиженном газе, значи­тельно меньше, чем у машин с бензиновыми двигателями. Так, грузовик «ЗИЛ-130», переведенный на газ, имеет показатель по токсичности почти в 4 раза меньше, чем его бензиновый собрат. В Москве эксплуатируется около 10 тыс. автомобилей, рабо­тающих на сжиженном пропанобутановом газе. Их можно отли­чить по красному баллону с левой стороны. В основном это гру­зовые машины «ЗИЛ» и «ГАЗ». Проходят опытную эксплуата­цию на этом виде топлива легковые автомобили (такси) и авто­бусы. В 1981 г. начали применять на автотранспорте сжатый при­родный метановый газ. Он содержится в баллонах под давлени­ем 200 кг/см2. Перевод автотранспорта на газобаллонное топливо обеспечивает экономию бензина и уменьшает выброс в атмо­сферу вредных веществ. Многолетний опыт эксплуатации автомобилей, работающих на сжиженном газе во многих странах мира, выявил существен­ные технико-экономические и санитарно- гигиенические преимуще­ства голубого топлива по сравнению с бензином. При работе двигателя на газе происходит более полное сгорание смеси. А это ведет к снижению токсичности отработавших газов, уменьшению нагарообразования и расхода масла, увеличению моторесурса. Кроме того, сжиженный газ дешевле бензина. Электромобиль. В настоящее время, когда автомобиль с бен­зиновым двигателем стал одним из существенных факторов, при­водящих к загрязнению окружающей среды, специалисты все ча­ще обращаются к идее создания «чистого» автомобиля. Речь, как правило, идет об электроавтомобиле. В некоторых странах начи­нается их серийное производство. Специалисты отдают себе отчет в том, что перевод всего автотранспорта на электротягу потребовал бы колоссального расхода электроэнергии для зарядки батарей, дефицитных мате­риалов для их изготовления. В этом нет нужды. Ведь, например, автомобили личного пользования (в перспективе главным образом туристические) или междугородные автобусы, магистральные ав­топоезда, конечно, более совершенные и экономичные, чем тепе­решние, можно и в будущем эксплуатировать на жидком или газовом топливе. В местах же наибольшего скопления автотран­спорта в интересах защиты окружающей среды признан целе­сообразным перевод его на электротягу. Это потребует в 15—20 раз меньших затрат энергии и других ресурсов и даст 5—7% экономии топлива. В «Основных направлениях экономического и социального раз­вития СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года» запи­сано: «Создать конструкции и начать производство малотоннаж­ных грузовых электромобилей с эффективными источниками тока для внутригородских перевозок». В настоящее время в нашей стране производятся электромоби­ли пяти марок. Электромобиль Ульяновского автозавода («УАЗ»-451-МИ) отличается от остальных моделей системой элек­тродвижения на переменном токе и встроенным зарядным устрой­ством. Это позволяет производить подзарядку батарей свинцово-кислотных аккумуляторов непосредственно от городской электро­сети. Зарядное устройство снабжено преобразователем тока, до­пускающим применение легкого и низкооборотного тягового дви­гателя. Машины этой марки уже используются в Москве для до­ставки продуктов в магазины и школьные буфеты. В 1982 г. в столице создано первое хозяйство, в составе кото­рого 25 электрогрузовиков. Этот год стал датой серийного выпу­ска электромобилей в стране. К концу одиннадцатой пятилетки парк таких бесшумных машин увеличится до 400 единиц. В интересах защиты окружающей среды считается целесооб­разным перевод автотранспорта на электротягу, особенно в круп­ных городах. ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ПРОМЫШЛЕННЫМИ ВЫБРОСАМИ Предприятия металлургической, химической, цементной и дру­гих отраслей промышленности выбрасывают в атмосферу пыль, сернистые и другие вредные газы, выделяющиеся при различных технологических производственных процессах. Черная металлургия выплавки чугуна и перера­ботки его на сталь сопровождаются выбросом в атмосферу раз­личных газов. Загрязнение воздуха пылью при коксовании углей сопряжено с подготовкой шихты и загрузкой ее в коксовые печи, с выгрузкой кокса в тушильные вагоны и с мокрым тушением кокса. Мокрое тушение сопровождается также выбросом в атмосферу веществ, входящих в состав используемой воды. Цветная металлургия. При получении металлического алюми­ния путем электролиза с отходящими газами от электролизных ванн в атмосферный воздух выделяется значительное количество газообразных и пылевидных фтористых соединений. Воздушные выбросы предприятий нефтедобывающей и нефтехимической промышленности содержат большое количество углеводородов, сероводорода и дурно пахнущих газов. Выброс в атмосферу вредных веществ на нефтеперерабатывающих заводах происходит главным образом вследствие недостаточной герметизации оборудования. Например, загрязнение атмосферного воздуха углеводородами и сероводородом отмечается от металлических резервуаров сырьевых парков для нестабильной нефти, промежуточных и товарных парков для легковых нефтепродуктов. Производство цемента и строительных материалов может являться источником загрязнения атмосферы различной пылью. Основными технологическими процессами этих производств явля­ются процессы измельчения и термическая обработка шихт, по­луфабрикатов и продуктов в потоках горячих газов, что связано с выбросами пыли в атмосферный воздух. К химической промышленности относится большая группа предприятий. Состав их промышленных выбросов весьма разнообразен. 0сновными выбросами от предприятий химической про­мышленности являются окись углерода, окислы азота, сернистый ангидрид, аммиак, пыль от неорганических производств, органи­ческие вещества, сероводород, сероуглерод, хлористые соединения фтористые соединения и др. Источниками загрязнения атмосферного воздуха в сельских населенных местах являются животноводческие и птицеводческие фермы, промышленные комплексы от производства мяса, пред­приятия районного объединения "Сельхозтехника", энергетические и теплосиловые предприятия, пестициды, применяемые в сельском хозяйстве. В районе расположения помещений для содержания скота и птицы в атмосферный воздух могут поступать и распро­страняться на значительное расстояние аммиак, сероуглерод и другие дурно пахнущие газы. К источникам загрязнения атмосферного воздуха пестицидами относятся склады, протравливание семян и сами поля, на которые в том или ином виде наносятся пестициды и минеральные удобрения, а также хлопкоочистительные заводы. Смог (смесь дыма и тумана). В 1952 г. в течение 3—4 суток от смога в Лондоне погибло более 4 тыс. человек. Сам по себе туман не опасен для человеческого организма. Он становится вредным, только когда чрезвычайно загрязнен токсическими при­месями. 5 декабря 1952 г. над всей Англией возникла зона высо­кого давления и в течение нескольких дней не ощущалось ни ма­лейшего дуновения. Однако трагедия разыгралась только в Лон­доне, где была высокая степень загрязнения атмосферы. Англий­ские специалисты определили, что смог 1952 г. содержал не­сколько сот тонн дыма и сернистого ангидрида. При сопоставле­нии загрязненности атмосферного воздуха в Лондоне в эти дни с уровнем смертности было отмечено, что смертность увеличивается прямо пропорционально концентрации в воздухе дыма и серни­стого газа. В 1963 г. густой туман с копотью и дымом, спустив­шийся на Нью-Йорк (смог), убил более 400 человек. Ученые счи­тают, что ежегодно тысячи смертей в городах всего мира связаны с загрязнением воздуха. Смог наблюдается лишь в осенне-зимнее время (с октября по февраль). Главным действующим компонен­том является сернистый газ в концентрации 5—10 мг/м3 и выше. Влияние атмосферных загрязнений на окружающую среду и здоровье населения. От загрязнения воздуха страдают животные и растения. Каждый раз, когда в Афинах идет дождь, вместе с водой на город обрушивается серная кислота, под губительным воздейст­вием которой происходит разрушение Акрополя и его бесценных памятников древнегреческого зодчества, сооруженных из мрамора. За последние 30 лет им был нанесен гораздо больший ущерб, чем за предыдущие два тысячелетия. Загрязнению воздуха в определенной степени подвержены все промышленно развитые страны. Но столица Греции страдает силь­нее, чем большинство других крупных городов Западной Евро­пы. Ежегодно в районе Афин в воздух выбрасывается 150 тыс. т сернистого ангидрида. Большая загрязненность окружающей среды отличается в ки­тайском городе Шанхае. На тысячах его фабрик и заводов почти нет газоочистного оборудования. Поэтому ежегодно в воздух вы­брасываются многие миллионы тонн угольной пыли, до 20 млн. т сажи, 15 млн. т двуокиси серы, загрязнение воздушного бассейна над ним поистине катастрофично. Временами город заволакивает настолько плотный смог, что даже днем машины с включенными фарами с трудом пробираются по его улицам. На территорию Северной Швеции и Норвегии серы выпадает в 1,2—2,5 раза больше, чем выбрасывается в воздушный бассейн с этих территорий. В то же время во многих промышленных стра­нах Западной Европы, в частности в Великобритании и Нидер­ландах, отношение выпадений серы к выбросам составляет лишь 10—20%, а в ФРГ, Франции и Дании—20—45%. Отсюда был сделан вывод, что в этих государствах в атмосферный воздух се­ры выбрасывается гораздо больше, чем выпадает на их террито­рии, и, следовательно, остальная часть переносится воздушными потоками в соседние страны, в частности в Скандинавию. Опасность выбросов сернистых соединений заключается преж­де всего в их массовости, токсичности и сравнительно большом обыщем "сроке жизни". «Продолжительность жизни» самого сернистого газа в атмо­сфере сравнительно невелика (от двух-трех недель, если воздух сравнительно сухой и чистый, до нескольких часов, если воздух влажен и в нем присутствует аммиак или некоторые другие при­меси). Он, растворяясь в каплях атмосферной влаги, в результате каталитических, фотохимических и других реакций окисляется и образует раствор серной кислоты. Агрессивность выбросов еще более возрастает. В конечном счете переносимые воздушными массами сернистые соединения переходят в форму сульфатов. Их перенос в основном происходит на высоте от 750 до 1500 м, где средние скорости близки к 10 м/с, и дальность переноса серни­стого газа простирается до 300—400 км. На этом же удалении от источника выбросов в струе переноса отмечается максимум кон­центрации раствора серной кислоты. Ее обнаруживают и на рас­стоянии до 1000—1500 км, где в основном завершается ее пере­ход в форму сульфатов. Описанный выше процесс—лишь упро­щенная схема, не учитывающая возможности вымывания серни­стого газа и серной кислоты по пути переноса каплями дождя, а также абсорбирования их растительностью, почвой, поверхност­ными и морскими водами, воздействие сернистого газа и его производных на человека и животных проявляется прежде всего в поражении верхних ды­хательных путей. Под влиянием сернистого газа и серной кисло­ты происходит разрушение хлорофилла в листьях растений, в связи с чем ухудшаются фотосинтез и дыхание, замедляется рост, снижается качество древесных насаждений и урожайность сель­скохозяйственных культур, а при более высоких и продолжительных дозах воздействия растительность погибает. Так называемые «кислые» дожди вызывают повышение кис­лотности почв, что снижает эффективность применяемых мине­ральных удобрений на пахотных землях, приводит к выпадению наиболее ценной части видового состава трав на долголетних культурных сенокосах и пастбищах. Особенно подвержены влиянию кислых осадков дерново-подзолистые и торфяные почвы, широко распространенные в северной части Европы, В нейтральной воде концентрация водородных ионов (рН) равна 7. Если же приборы показывают цифру меньше семи, вода кислая, больше—щелочная] На рисунке 15 показана чувствитель­ность водных организмов к понижению рН в пресных водах. Наличие в воздухе соединений серы ускоряет процессы корро­зии металлов, разрушения зданий, сооружений, памятников исто­рии и культуры, ухудшает качество промышленных изделий и материалов. Установлено, например, что в промышленных райо­нах сталь ржавеет в 20, а алюминий разрушается в 100 раз быстрее, чем в сельской местности Учитывая, что использование твердого топлива, в частности бурого угля (характерного высоким содержанием серы), по дан­ным топливно-энергетическим прогнозам, имеет тенденцию к даль­нейшему неуклонному росту на весь обозримый период, следует предвидеть соответствующее увеличение выбросов сернистого газа, во всяком случае, до тех пор, пока в необходимых масштабах не будут реализованы способы и средства извлечения серы и ее со­единений из топлива или отходящих газов Загрязнение атмосферного воздуха таит в себе не только угрозу здоровью людей, но и наносит большой экономический ущерб Ядовитые вещества в воздухе Соединенных Штатов Америки отравляют домашний скот во Флориде, обесцвечивают краску на сте­нах домов и корпусах автомашин в Линкольне (штат Мэн), под их влиянием гибнут сосны, растущие в 60 милях от Лос-Анджеле­са, а также фруктовые сады в Техасе и Иллинойске и шпинат на юге Калифорнии. 3-а загрязнение воздуха американцам приходит­ся ежегодно расплачиваться миллиардами долларов. Согласно оценкам Агентства по охране окружающей среды, экономические потери от смертности и заболеваний в связи с за­грязнением воздушной среды в США составляют ежегодно 6 млрд. долларов. Эта цифра включает и ущерб от утраты трудоспособ­ности, а также расходы на соответствующее медицинское обслу­живание. ЗАЩИТА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ Партия и правительство постоянно заботятся об охране окру­жающей среды, поскольку эта проблема неразрывно связана с улучшением здоровья, продлением жизни и работоспособности советских людей. [За последние годы на предприятиях различных отраслей промышленности введены в действие многие совершен­ные технологические процессы, тысячи газоочистных и пылеулав­ливающих аппаратов и установок, которые резко сокращают или исключают выбросы вредных веществ в атмосферу. В широких масштабах осуществляется программа перевода предприятий и ко­тельных на природный газ. За пределы городов выведены десятки предприятий и цехов с опасными источниками загрязнения воз­душного бассейна. Все это привело к тому, что в большинстве про­мышленных центров и населенных пунктов страны уровень загряз­нения заметно уменьшился. Растет и число промышленных пред­приятий, оснащенных новейшей и дорогостоящей газоочистной техникой В Советском Союзе впервые в мире начали нормировать пре­дельно допустимые концентрации вредных веществ в окружающей среде. Конечно, было бы лучше вообще запретить загрязнять атмосферу, но при существующем уровне технологических процес­сов это пока невозможно. В СССР введены самые жесткие в мире предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмо­сфере. Гигиенисты исходят из того, что предельно допустимые кон­центрации этих веществ в воздухе не окажут отрицательного воз­действия на человека и природу. Гигиенические нормативы—это государственное требование к руководителям предприятий. За их выполнением следят органы государственного санитарного надзора Министерства здравоохра­нения СССР, Государственный комитет по гидрометеорологии и контролю природной среды. В 1980 г. в Белоруссии завершена большая и важная работа по инвентаризации источников выбросов вредных веществ а атмо­сферу. Результаты инвентаризации являются основой при 'разра­ботке норм предельно допустимых выбросов на каждом промыш­ленном предприятии. Проведенные мероприятия позволили сни­зить или стабилизировать загрязнение воздушной среды во многих городах республики. Предельно допустимые выбросы устанавливаются обязательно с учетом предельно допустимых концентраций. Санитарный надзор за чистотой воздуха—один из важных элементов системы по охране атмосферного воздуха от загряз­нений. Функции государственного санитарного надзора определены «Основами законодательства Союза ССР и союзных республик о здравоохранении» (1970) и «Положением о государственном са­нитарном надзоре в СССР». Большое значение для санитарной охраны атмосферного воз­духа имеют выявление новых источников загрязнения воздушно­го бассейна, учет проектируемых, строящихся и реконструируемых объектов, загрязняющих атмосферу, контроль за разработкой и реализацией генеральных планов Городов, поселков и промышленных узлов, касающихся размещения промышленных предприятий и санитарно-защитных зон. Санитарно-эпидемиологическая служба осуществляет надзор за новым строительством и реконструкцией промышленных объек­тов, за проектированием и строительством газопылеочистных со­оружений на действующих предприятиях, проверку проектных институтов. Надзор за изменением технологического профиля пред­приятий. В нашей стране последовательно принимаются широкие меры для защиты окружающей среды. С января 1981 г. вступил в дейст­вие Закон об охране атмосферного воздуха;
еще одно реальное воплощение политики партии и государства в этой области. Он все­сторонне охватывает важную общечеловеческую проблему, систе­матизируя выдержавшие проверку временем юридические нормы. Закон в первую очередь выразил более квалифицированно те требования, которые были выработаны в предшествующие годы и оправдали себя на практике. Сюда относятся, в частности, пра­вила о запрещении ввода в действие любых производственных объектов — вновь созданных или реконструированных, если они в процессе эксплуатации станут источниками загрязнений или иных отрицательных воздействий на атмосферный воздух (ст. 13). Со­храняются и получают дальнейшее развитие правила о норми­ровании предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняю­щих веществ в атмосферном воздухе. Вместе с тем закон содержит много нового. Прежде всего сле­дует подчеркнуть, что при сохранении принципов нормирования предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ рас­ширяется сфера их действия: - ПДК впредь будут действовать не только на территории населенных пунктов, как это было ранее, а на всей территории СССР. Существенно новым является предусмотренное в статье 10 по­ложение о нормировании предельно допустимых выбросов загряз­няющих веществ в атмосферу стационарными и подвижными источниками загрязнения. Это означает, что для каждой точки вы­броса, скажем каждой трубы, будет выдано (или не выдано) ком­петентными государственными органами разрешение, предусмат­ривающее предельные количества выбрасываемых загрязняющих веществ в единицу времени. И если эта норма, указанная в раз­решении на выброс, окажется нарушенной, то создавшееся поло­жение, естественно, будет рассматриваться как правонарушение со всеми вытекающими последствиями. Такая постановка вопроса полностью отвечает интересам лю­дей, требованиям охраны окружающей среды. Но чтобы неукосни­тельно соблюдать эти нормы, надо точно знать состав и количест­во вредных веществ, выбрасываемых каждым предприятием, каж­дой котельной, каждым автомобилем. В первую очередь намечено провести инвентаризацию источников выбросов, определить со­став и количество вредных веществ, их концентрацию в воздухе, почве, снежном покрове, установить границы распространения. До сего времени законодательство, как известно, исходит из необходимости охраны атмосферного воздуха главным образом от загрязнений и только в пределах населенных пунктов. Однако та­кая концепция перестала удовлетворять потребностям практики. В современных условиях атмосферу требуется охранять не только от загрязнений, хотя это и продолжает оставаться главной проб­лемой, но также и от иных видов отрицательного воздействия об­щества, в результате которых могут наступить дискомфортные условия жизни людей на Земле. Вот почему совершенно новыми являются содержащиеся в законе статьи о регулировании воздей­ствия на погоду и климат (ст. 20), о регулировании потребления атмосферного воздуха для промышленных и иных народнохозяй­ственных нужд (ст. 19), о предупреждении, снижении и устране­нии вредного воздействия на атмосферу физических факторов (ст 18) и др. Пока еще преднамеренные воздействия человека на погоду обычно ограничиваются разрушением градовых облаков и попыт­ками искусственно вызвать дождь в нужном районе. Но и эти попытки требуют большой осторожности, ибо разрушение градо­вого облака в одном месте может вызвать катастрофический ли­вень в другом. Более широкое применение погодных модификаций таит в себе опасность других непредвиденных сегодня послед­ствий. Учитывая эти обстоятельства, закон предусматривает раз­решительный порядок искусственных изменений состояния атмо­сферы и атмосферных явлений. Следует подчеркнуть новизну правила, содержащегося в ста­тье 14 закона: запретить внедрение в практику открытий, изобре­тений, рационализаторских предложений и новых технических си­стем, а также приобретение за рубежом, ввод в эксплуатацию и использование технологических процессов, оборудования и других объектов, если они не удовлетворяют установленным в СССР тре­бованиям по охране воздуха. Необходимо считаться с требования­ми закона об охране атмосферного воздуха при применении средств защиты растений, минеральных удобрений и других пре­паратов. Нетрудно заметить, что все эти законодательные меры составляют систему профилактического характера, направленную прежде всего на предупреждение загрязнения воздушного бас­сейна. Закон предусматривает не только контроль за его требования­ми, но и меры ответственности за их нарушение. Специальная статья закона определяет роль общественных ор­ганизаций и граждан в осуществлении мероприятий по охране воздушной среды, обязывая их активно содействовать государ­ственным органам в этих вопросах. Иначе и быть не может, ибо только широкое участие общественности позволит реализовать положение закона. Не случайно статья 7 обязывает государственные органы всемерно учитывать предложения общественных организаций и граждан, направленные на охрану атмосферы. Трудно переоценить воспитательное значение нового закона. Как и другие действующие у нас законы, он вырабатывает в каж­дом гражданине уважительное, бережное отношение к окружаю­щей среде, учит всех нас соответствующему поведению. Очистка выбросов в атмосферу. Техника газоочистки распола­гает разнообразными методами и аппаратами удаления пыли и вредных газов. Выбор метода для очистки газообразных примесей определяется в первую очередь химическими и физико-химиче­скими свойствами этой примеси. Большое влияние на выбор ме­тода оказывает характер производства: свойства имеющихся в производстве веществ, их пригодность в качестве поглотителей для газа, возможность рекуперации (улавливание и использование продуктов отходов) или утилизации уловленных продуктов. Для очистки газов от сернистого ангидрида, сероводорода и метилмеркаптана используется нейтрализация их раствором ще­лочи. В результате получают соль и воду. Для очистки газов от незначительных концентраций примесей (не более 1 % по объему) применяют прямоточные компактные абсорбционные аппараты. Наряду с жидкими поглотителями—абсорбентами—для очистки, а также для сушки (обезвоживания) газов могут быть применены твердые поглотители. К ним относятся различные мар­ки активных углей, силикагель, алюмогель, цеолиты. В последнее время для удаления из газового потока газов с полярными молекулами стали применять иониты. Процессы очист­ки газов адсорбентами осуществляют в адсорберах периодического или непрерывного действия. Для очистки газового потока могут быть использованы сухие и мокрые окислительные процессы, а также процессы каталитиче­ского превращения, частности, для обезвреживания серосодержащих газов сульфатно-целлюлозного производства (газов вароч­ного и выпарного цехов и др.) используют каталитическое окис­ление. Этот процесс осуществляется при температуре 500—600 °С на катализаторе, в состав которого входят оксиды алюминия, ме­ди, ванадия и других металлов. Сероорганические вещества и се­роводород окисляются до менее вредного соединения—сернистого ангидрида (ПДК для сернистого ангидрида 0,5 мг/м3 , а для серо­водорода 0,078 мг/м3). На киевском комбинате «Химволокно» действует уникальная комплексная система очистки вентиляционных выбросов вискоз­ного производства. Это сложный комплекс механизмов, компрес­сорных агрегатов, трубопроводов, огромных абсорбционных емко­стей. Каждые сутки через машинные «легкие» проходит 6 млн. м3 отработанного воздуха, причем производится не только очистка, но и регенерация. До сих пор на вискозном производстве комбината значитель­ная часть сероуглерода уходила в атмосферу. Система очистки позволяет не только уберечь от загрязнения окружающую среду, но и сэкономить ценный материал. Для удаления пыли из выбро­сов тепловых электростанций широко применяют электрофиль­тры..' Это сооружения высотой с 10—15-этажный дом. Они улав­ливают летучую золу, образую­щуюся при сжигании твердого топлива. Специалисты работают над усовершенствованием конст­рукций этих аппаратов, повыше­нием их эффективности и надеж­ности. Последний образец рас­считан на производительность бо­лее миллиона кубометров газа в час, который используется в ка­честве сырья для производства строительных материалов. Безотходное производство. Малоотходные и безотходные технологические процессы позво­ляют сократить или полностью исключить загрязнение окружаю­щей среды, полнее использовать запасы минеральных ресурсов, обеспечить комплексную переработку первичного сырья и отвалов промышленных предприятий, получать дополнительно продукцию и тем самым повысить эффективность народного хозяйства. На охрану атмосферного воздуха тратятся колоссальные сред­ства. Стоимость очистных сооружений многих предприятий до­стигает трети основных производственных фондов, а в ряде случа­ев—40—50%. В будущем эти затраты еще более возрастут Какой же выход? Он есть. Надо искать такие пути развития промышленности и достижения чистоты атмосферы, которые не исключали бы друг друга и не вызывали роста расходов на очистные сооружения. Один из таких путей—переход к принципиально новой без­отходной технологии производства, к комплексному использова­нию сырья. Технология безотходного производства — новая ступень раз­вития научно- технической революции. Современные наука и тех­ника дают возможности для преодоления тех противоречий, кото­рые возникают между устаревшими методами производства и стремлением освободить от вредного влияния природную среду. Заводы и фабрики, основанные на технологии без отходов,— в общем индустрия будущего. Но уже и сейчас такие предприя­тия существуют, например, в легкой и пищевой промышленности. Есть целый ряд предприятий и малоотходного производства. Орен­бургское газовое месторождение стало давать попутную продук­цию—сотни тысяч тонн серы. На Кировоканском химическом за­воде имени Мясника прекращен выброс в атмосферу ртутных газов. Они вторично введены в технологический цикл как деше­вое сырье для производства аммиака и карбамида. Вместе с ними в воздушный бассейн уже не попадает вреднейшее вещест­во—двуокись углерода, составляющая 60% всех выбросов завода. Предприятия комплексного использования сырья дают общест­ву огромную выгоду: резко повышается эффективность капиталь­ных вложений и столь же резко снижаются затраты на строи­тельство дорогостоящих очистных сооружений. Ведь полная пе­реработка сырья на одном предприятии всегда дешевле, чем получение тех же продуктов на разных. А безотходная техноло­гия устраняет опасность загрязнения окружающей среды. Ис­пользование природных ресурсов становится рациональным, ра­зумным. История древнего мира рассказывает нам об огнепоклонниках, которые молились пламени. «Огнепоклонниками» можно назвать и металлургов. Пирометаллургия (от древнегреческого «пир»—огонь), в основе которой лежит воздействие высоких температур на руды и концентраты, приводит к загрязнению атмосферы и часто не позволяет комплексно использовать сырье. В нашей стране немало делается для уменьшения опасности загрязнения среды отходами традиционных металлургических про­изводств, и здесь будущее за принципиально новыми решениями. На железных .рудах Курской магнитной аномалии строится Оскольсний электрометаллургический комбинат—первое отечест­венное предприятие бескоксовой металлургии. При таком спосо­бе производства резко снижаются вредные выбросы в атмосферу, открываются новые перспективы получения высококачественных сталей. На Оскольском электрометаллургическом комбинате бу­дет использована новая для отечественной черной металлургии технологическая схема: металлизация—электроплавка. Получен­ные из богатых железорудных концентратов обожженные окаты­ши металлизируются в двенадцати шахтных печах (рис. 18), в которых оксиды железа восстанавливаются нагретым до 850 °С газом — смесью СО и Н2. Поскольку для выплавки высококачественной стали можно обойтись без чугуна, то, значит, становится ненужным доменный процесс с его дорогим и громоздким оборудованием, которое за­грязняет атмосферный воздух. У новой технологии еще одно важное достоинство: прямое вос­становление железа в потоке позволяет обойтись без кокса. А это означает, что развитию металлургии, не будет помехи из-за со­кращения запасов коксующихся углей. Проблема отходов не только в том, что при этом загрязня­ется биосфера, но и в том, что некомплексно используется сырье. Только на уральских предприятиях цветной металлургии при выплавке меди из медно-цинковых концентратов с отвальным шлаком и пылью ежегодно теряется 70 тыс. т цинка. Кроме цин­ка, руда содержит серу, железо. Кстати, 50—60% стоимости мно­гих медных руд приходится на серу и еще 10—12% на железо. На Иртышском полиметаллическом комбинате имени 50-летия Казахской ССР действует агрегат КИВЦЭТ. За этим названием принципиально новый процесс получения цветных металлов— кислородно-взвешенная циклонно-электротермическая плавка. Цель процесса—объединить в одном агрегате все операции от подго­товки руды, выходом готового металла, использовав в качестве топлива серу, ранее выбрасываемую в атмосферу. Самое трудное-—это отойти от традиции, преодолеть инерцию мышления. Восемь тысяч лет существует цветная металлургия. Из глубины веков пришли к нам апробированные, ставшие уже каноническими технологические процессы. Немыслимо было пред­ставить завод без мрачных «зонтиков» ядовитого дыма. Главные «участники» нового процесса — кислород и электри­чество. Соответственно и сам агрегат состоит из двух зон. В первой идет подготовка руды и плавка. Топливом здесь вместо кокса служит сера, содержащаяся в самой руде. Она полностью сгорает в кислороде, выделяя большое количество тепла. А затем расплав поступает во вторую зону и течет между электродами, распадаясь на составные части. Некоторые металлы, цинк напри­мер, испаряются и конденсируются потом в чистом виде, другие выпускаются сразу в ковш. КИВЦЭТ позволяет извлекать из руды буквально все, что в ней есть. Так, из сырья на заводе по­лучают не только такие традиционные металлы, как медь, свинец, цинк, но и кадмий и редкие металлы. Пока что с помощью КИВЦЭТ получают такую же медь, как и в шахтных печах. Металл нуждается в дополнительной обра­ботке. В будущем намечается «обучить» агрегат выплавлять чи­стую медь. КИВЦЭТ запатентован в США, ФРГ, Франции и др.— в 18 странах. Металлургов привлекает в нем не только простота в обращении и обслуживании, не только возможность автоматизи­ровать сложный и трудоемкий процесс выплавки металла, не только отсутствие вредных выбросов, но и в первую очередь его неприхотливость: ведь он способен перерабатывать сырье, кото­рое раньше считалось бросовым — с содержанием металла в 6—7 раз ниже нормы. Никакая другая технология такое сырье не возьмет. Более того, и отходов металла в шлаке у него гораздо меньше, чем при обычном процессе. В ноябре 1979 г. в Женеве состоялось общеевропейское сове­щание на высоком уровне по сотрудничеству в области охраны окружающей среды. На нем представлены практически все евро­пейские государства, а также США и Канады. Совещание при­няло Декларацию о малоотходной и безотходной технологии и ис­пользовании отходов. В Декларации подчеркнута необходимость защитить человека и окружающую его среду и рационально использовать ре­сурсы путем поощрения развития малоотходной и безот­ходной технологии и использования отходов. Сокращение от­ходов и выброса загрязняющих веществ и в различных циклах производства намечается путем использования усовершенство­ванных промышленных процессов при создании новых или рекон­струкции существующих производственных объектов, создания продукции с особым учетом требований увеличения ее долговеч­ности, облегчения ремонта и повторного использования, когда это возможно. Большое значение имеют регенерация и использо­вание отходов, превращение их в полезный продукт, в частности, путем извлечения ценных веществ и материалов из отходных га­зов, лучшего использования энергии, содержащейся в отходах н остаточных продуктах. Важно повторное использование больше­го количества отходов в качестве вторичных сырьевых материа­лов в других производственных процессах. Рекомендуется рацио­нальное использование сырьевых материалов в производственных процессах и в течение всего жизненного цикла продуктов, замены истощающихся видов сырья другими доступными видами. Необхо­димо рациональное использование энергетических ресурсов в про­цессе производства и потребления энергии и в случае практиче­ской осуществимости—использования сбросного тепла. Большое внимание уделяется оценке промышленного приме­нения в производственных масштабах малоотходной и безотходной технологии в целях оптимального использования сырья и энергии, включая возможности регенерации, рециркуляции и экономиче­скую эффективность, с учетом экологических и социальных по­следствий. Для создания безотходного промышленного производства а масштабах всей страны необходимо разработать научно-техниче­ские основы планирования и проектирования региональных терри­ториально-промышленных комплексов, в которых отходы одних предприятий могли бы служить сырьем для других. Внедрение таких комплексов неизбежно потребует перестройки связей между предприятиями и отраслями народного хозяйства, больших за­трат. Однако все это со временем окупится сторицей, поскольку промышленность получит огромный приток ранее не используемых сырья и материалов, не говоря уже о том, насколько чище и без­вреднее станет окружающая нас среда. Санитарно-защитные зоны. Предприятия, их отдельные здания и сооружения с технологическими процессами, являющимися источниками выделения в атмосферный воздух вредных и неприятно пахнущих веществ, отделяют от жилой застройки санитарно-защитными зонами. Размер санитарно-защитной зоны до границы жилой застрой­ки устанавливается: а) для предприятий с технологическими про­цессами, являющимися источниками загрязнения атмосферного воздуха вредными и неприятно пахнущими веществами,— непо­средственно от источников загрязнения атмосферы сосредоточен­ными (через трубы, шахты) или рассредоточенными выбросами (через фонари зданий и др.), а также от мест загрузки сырья или открытых складов; б) для тепловых электрических станций, производственных и отопительных котельных—от дымовых труб. В соответствии с санитарной классификацией предприятий, производств и объектов устанавливаются следующие размеры санитарно-защитных зон для предприятий: Таблица 3
Класс предприятияРасстояние, м
I1000
11500
111300
IV100
V50
Перевод отопительных систем на газ. Большое значение для оздоровления воздушного бассейна имеет перевод городских ото­пительных систем на газовое топливо. В 1980 г. 185 млн. совет­ских людей использовали в быту газ. С его помощью производят 87% стали, свыше 60% цемента. Каждая третья ГРЭС или ТЭЦ работает на газе. Он же дает до 90% удобрений, вырабатывае­мых в стране. Советский Союз в короткие сроки превратился в одну из круп­ных газодобывающих стран мира. Если в 1955 г. в СССР добы­валось всего лишь 9 млрд. м3 газа. В 1980 г. уже было добыто свыше 435 млрд. м3 газа. На 1985 г. поставлена задача довести уровень его добычи до 600—640 млрд. м3. Общеизвестна роль газовой промышленности в оздоровлении атмосферы городов при замене угля и нефтепродуктов на природ­ный газ. Установлено, что если уровень загрязненности атмосфер­ного воздуха при использовании угля принять за единицу, то сжигание мазута даст 0,6, а использование природного газа сни­жает эту величину до 0,2. Создание в СССР Единой системы газоснабжения страны по­зволило решить проблему защиты атмосферы городов. В настоя­щее время в СССР природный газ получают свыше 140 тыс. го­родов и населенных пунктов. И недаром, по признанию специа­листов многих зарубежных стран, воздушный бассейн городов пашей страны является самым чистым. Погасить факелы в нефтедобывающих районах нашей стра­ны — одна из серьезных природоохранных задач. В факеле сгора­ет ценнейшее сырье для химической промышленности — попутный нефтяной газ—и, конечно, загрязняется атмосфера. Из попутного нефтяного газа можно получать бензин, полиэти­лен, синтетический каучук, смолы, топливо. В Нижневартовске, близ знаменитого Самотлора, построен нефтегазоперерабатывающий завод. Предприятие выдает свою продукцию—сухой газ и так называемую широкую фракцию или нестабильный бензин. Из Нижневартовска в Сургут и Кузбасс по транссибирскому га­зопроводу ежедневно отправляются миллионы кубометров голу­бого топлива. Бензин же по железной дороге поступает на нефте­химические предприятия страны. Столица Самотлора—Нижневартовск—стала крупным цент­ром переработки попутного газа. На одной площадке здесь уже действуют четыре технологические очереди, каждая из которых представляет собой по сути дела самостоятельный завод. Они в состоянии переработать 8 млрд. м3 ценного сырья. Столь внуши­тельного комплекса еще не имела отечественная нефтяная про­мышленность. На Самотлорском месторождении уровень использования по­путного газа составляет 70%. Объемы переработки растут. Самый крупный завод—Белозерный, мощность которого равна 4 млрд.м3 газа в год. Сургутская ГРЭС в качестве топлива использует попутный нефтяной газ. Эффективное сжигание топлива. С помощью рационального сжигания топлива можно добиться уменьшения выбросов в атмо­сферу. Так, ученые Московского энергетического института разра­ботали специальное устройство в топках парогенераторов для эффективного сжигания различных видов топлива. Новая схема создает в топке такую аэродинамическую обста­новку, что топочные газы поступают в самую активную зону пламени. В зависимости от компоновки горелок можно создать два режима—полного или частичного пересечения топливовоздушных струй. В первом случае при сжигании жидкого или газообразного топлива в активную зону попадает 70—80% инертных примесей. В результате на 30—40% снижается образование серного ангид­рида и на 50—60%—оксидов азота. Второй режим предназначен для оптимальной концентрации низкореакционных топлив в ядре горения. При этом выброс вредных оксидов снижается на 20-30%. Экономия от внедрения новых схем сжигания составляет в год примерно 2 тыс. т условного топлива на один агрегат. Установле­но, что в топочном мазуте содержится гораздо меньше азота, чем в твердом топливе, а в природном газе его, как правило, вообще нет. Поэтому при сжигании этих видов топлива сталкиваются с .таким своеобразным явлением: основное количество оксидов обра­зуется из азота, который содержится в воздухе, используемом для поддержания горения. Как сократить величину этих выбросов? Образование оксидов азота можно ограничить, если в топку котла подавать лишь минимально необходимое для горения ко­личество воздуха и одновременно возвращать часть дымовых га­зов, покидающих котел. Это уменьшит концентрацию кислорода в топке и температуру факела, что в конечном счете замедлит реакцию окисления азота Реализуя эту обнадеживающую техническую идею, котлострои­тели спроектировали и организовали производство газомазутных котлов с разноплотными панелями, изготовленными из плавнико­вых труб. В них смонтированы специально разработанные уни­фицированные горелки и паромеханические форсунки, которые обеспечивают практически полное выгорание топлива во всем диапазоне рабочих нагрузок. Поставка предприятиями этого обо­рудования на ТЭС сократила выбросы в атмосферу, как оксидов азота, так и частиц сажи. Одновременно повысились экономич­ность и надежность оборудования. Выброс через высокие трубы. На тепловых электростанциях и металлургических заводах сооружают дымовые трубы. У дымо­вой трубы два назначения: первое — создавать тягу и тем самым заставлять воздух—обязательный участник процесса горения— в нужном количестве и с должной скоростью входить в топку; второе — отводить продукты горения — вредные газы и имеющиеся в дыме твердые частицы—в верхние слои атмосферы. Благодаря непрерывному турбулентному движению вредные газы и твердые частицы уносятся далеко от источника их возникновения и рас­сеиваются. С введением требований о нормировании содержания вредных веществ в атмосферном воздухе возникла необходимость опреде­лять расчетным путем степень разбавления вредных веществ, по­ступающих в атмосферу из организованных источников выброса. Эти данные используются для сопоставления расчетных концент­раций вредных веществ в приземном слое с предельно допусти­мыми концентрациями этих веществ. .Для рассеивания сернистого ангидрида, содержащегося в ды­мовых газах тепловых электростанций, в настоящее время соору­жаются дымовые трубы высотой 180, 250 и даже 320 м Дымовая труба стометровой высоты позволяет рассеивать мельчайшие вредные вещества в окружности радиусом 20 км до концентрации, безвредной для человека. Труба высотой 250 м увеличивает радиус рассеивания до 75 км. В ближайшем окру­жении дымовой трубы создается так называемая теневая зона, в которую совсем не попадают вредные вещества. КОНТРОЛЬ ЗА УРОВНЕМ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ Большое значение имеет лабораторный контроль за состоянием атмосферного воздуха населенных мест. Санитарно-эпидемиоло-гические станции Министерства здравоохранения СССР на ста­ционарных точках определяют диффузное загрязнение атмосферного воздуха, ведут наблюдение на территории промышленных предприятий и вокруг них, изучают зональное распространение выбросов, осваивают и внедряют в практику новые методы опре­деления различных, ингредиентов. Сотрудники станций обобщают результаты лабораторного исследования атмосферы для исполь­зования их в практической работе, издают совместно с местными органами Госкомгидромета ежемесячные бюллетени о состоянии воздушной среды городов. Государственному комитету СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды (Госкомгидромет) и его органам на местах предоставлено право проверять соблюдение норм и пра­вил по охране атмосферного воздуха предприятиями, учреждения­ми, организациями, стройками и другими объектами независимо от их ведомственной подчиненности, а также при нарушении вно­сить предложения остановить действующие производственные объекты. В наиболее крупных городах наблюдения за загрязне­нием воздуха ведутся одновременно в нескольких пунктах. Сеть контроля загрязнения воздуха имеет более тысячи стационарных и 500 маршрутных постов систематических наблюдений, а также подфакельные наблюдения, пункты которых выбираются в зави­симости от направления ветра и других факторов. Она решает и оперативные и прогностические задачи оценки загрязнения воз­душного бассейна вредными веществами. Программы включают ежесуточный трехразовый отбор проб на основные загрязняющие вещества: пыль, двуокись серы, двуокись азота, окись углерода, а также специфические—характерные для промышленных предприятий данного города. Дальнейшее развитие получило и прогнозирование высоких уровней загрязнения атмосферного воздуха. Прогнозы составля­ются по 122 городам. В соответствии с ними более чем на тысяче крупных предприятий принимаются оперативные меры по умень­шению вредных выбросов. Новая обязанность Госкомгидромета— выявлять такие источники и вести надзор за соблюдением норм допустимых выбросов. Должностным лицам комитета разрешено посещать и контро­лировать промышленные предприятия, а также налагать соответ­ствующие санкции. Мукачевский завод комплектных лабораторий выпускает конт­рольно - измерительный комплекс для исследования загрязнения атмосферы «Пост-1». Это—стационарная лаборатория. Ее услу­гами пользуются гидрометеослужба, санитарно-эпидемиологические станции, промышленные предприятия. Она эффективно рабо­тает во многих городах страны. Комплекс оснащен автоматиче­скими анализаторами для непрерывной регистрации загрязнения воздуха, имеет оборудование для отбора проб воздуха, которые анализируются в лаборатории. Кроме того, он выполняет и чи­сто метеорологические функции: измеряет скорость и направле­ние ветра, температуру и влажность воздуха, атмосферное дав­ление. В 1982 г. завод освоил производство станции «Воздух-1». Назначение станции то же, но проб она отбирает почти в 8 раз больше. Стало быть, повышается и объективность общей оценки состояния воздушного бассейна в радиусе действия станции. Автоматическая станция атмосферы берет на себя функции наблюдательного пункта автоматизированной системы наблюде­ний и контроля за состоянием атмосферы (АНКОС-А). Именно за такими системами будущее. В Москве действует первая очередь экспериментальной систе­мы АНКОС-А. Кроме метеорологических параметров (направление и скорость ветра) они измеряют содержание в воздухе окиси углерода и дву­окиси серы. Создана новая модификация станции «АНКОС-А», которая определяет (кроме вышеупомянутых параметров) и со­держание суммы углеводородов, озона и окислов азота. Информация от автоматических датчиков тут же поступит в диспетчерский центр, и ЭВМ в считанные секунды обработает со­общения с мест. Они будут использоваться для составления свое­образной карты состояния городского воздушного бассейна. И еще одно преимущество автоматизированной системы: она не просто будет осуществлять контроль, но и даст возможность научно прогнозировать состояние атмосферы в определенных рай­онах города. А значение своевременного и точного прогноза вели­ко. До сих пор фиксировали загрязнения, помогая тем самым уст­ранять их. Прогноз позволит улучшить профилактическую работу, избежать .загрязнений атмосферы. Следить за чистотой возду­ха—дело очень трудное. И прежде всего потому, что необходи­мы дистанционные методы исследования. Первые попытки использовать световой луч для изучения ат­мосферы относятся к началу XX столетия, когда с этой целью был применен мощный прожектор. С помощью прожекторного зондирования в дальнейшем были получены интересные сведения о строении земной атмосферы. Однако только появление принци­пиально новых источников света—лазеров—позволило исполь­зовать известные явления взаимодействия оптических волн с воз­душной средой для исследования ее свойств. Что это за явления? Прежде всего к ним относится аэрозоль­ное рассеяние. Распространяясь в земной атмосфере, лазерный луч интенсивно рассеивается аэрозолями—твердыми частицами, каплями и кристаллами облаков или туманов. Одновременно ла­зерный луч рассеивается и за счет колебаний плотности воздуха. Такой вид рассеяния называют молекулярным или релеевским— в честь английского физика Джона Релея, установившего законы рассеяния света. В спектре рассеяния света, кроме линий, характеризующих па­дающий свет, наблюдаются дополнительные, сопровождающие каждую из линий падающего излучения. Различие в -частотах первичной и дополнительных линий характерно для каждого рас­сеивающего свет газа. Например, послав в атмосферу зеленый луч лазера, сведения об азоте можно получить, определив свойства возникающего красного излучения. Остановимся на принципиальном устройстве лазерного лока­тора—лидара—прибора, использующего лазер для зондирова­ния атмосферы. Лидар по своему устройству напоминает радиолокатор, радар. Антенна радара принимает радиоизлучение, отраженное, напри­мер, от летящего самолета. А антенна лидара может принять све­товое лазерное излучение, отраженное не только от самолета, но и от инверсионного следа, возникающего за самолетом. Только антенна лидара представляет собой светоприемник—зеркало, те­лескоп либо объектив фотоаппарата, в фокусе которых располо­жен фотоприемник светового излучения. Импульс лазера излучен в атмосферу. Длительность лазерного импульса ничтожна (в лидарах часто применяют лазеры с дли­тельностью импульса, равной 30- миллиардным долям секунды). Это означает; что пространственная протяженность такого им­пульса составляет 4,5 м. Лазерный луч, в отличие от лучей дру­гих световых источников, по мере распространения в атмосфере расширяется незначительно. Поэтому светящийся зонд—импульс лазера в каждый момент времени—информирует о всем, что встретилось на его пути. Информация поступает практически мгновенно на антенну лидара—скорость лазерного зонда равна скорости света. Например, с момента лазерной вспышки до ре­гистрации сигнала, вернувшегося с высоты 100 км, пройдет мень­ше тысячной доли секунды. Представим, что на пути лазерного луча находится облако. За счет повышенной концентрации частиц в облаке число свето­вых фотонов, рассеянных назад к лидару, увеличится. При рабо­те с электроннолучевым устройством оператор будет наблюдать характерный импульс, аналогичный импульсу от цели при радио­локационном обзоре. Однако облако представляет собой диффуз­ную цель с распределенными в пространстве каплями воды или кристаллами льда. Расстояние до первого сигнала определяет ве­личины нижней границы облачности, последующие сигналы свиде­тельствуют о толщине облака и его структуре. Основываясь на известных закономерностях, по сигналу рассеяния лазерного излу­чения можно определить распространение водности, получить све­дения о кристаллах в облаке. В дальнейшем лидарная техника интенсивно развивалась. Со­временные лидары позволяют обнаруживать скопление частиц на высоте 100 км и более, следить за временной изменчивостью аэро­зольных слоев. Одним из самых перспективных применений лидаров являет­ся определение загрязнения воздушного бассейна городов. Лидары позволяют определять газовый состав непосредственно в шлейфах выбросов, на автострадах, по мере удаления источников выбросов. Чувствительность измерений, проводимых с помощью разработан­ных методов, высока. На приземных трассах протяженностью в сотни метров—километры удалось измерить концентрации дву­окиси азота, сернистого ангидрида, озона, этилена, окиси углеро­да, аммиака. Если выбрать несколько опорных точек для установки лидара, то можно исследовать площадь в десятки квадратных километ­ров. Получив таким образом картосхемы загрязнений, градострои­тели анализируют их и результаты используют в проектных ра­ботах. Каковы возможности лазерной локации? Просмотр картосхем дает объективную картину качества городского воздуха. Выявля­ются зоны повышенных концентраций, тенденции их распростране­ния в зависимости от конкретных метеорологических факторов. Сопоставляя картосхемы загрязнений воздушного бассейна со схе­мами размещения промышленных предприятий, легко определить вклад каждого из них. На основе этих данных разрабатываются конкретные мероприятия, направленные на оздоровление воздуш­ного бассейна. В перспективе возможно создание автоматизиро­ванной системы контроля качества атмосферы города.